探索煤礦水害根治之路

礦井水災(zāi)，是煤礦常見的主要災(zāi)害之一。一旦發(fā)生透水，不但影響礦井正常生產(chǎn)，而且有時(shí)還會(huì)造成人員傷亡，淹沒采區(qū)甚至是整個(gè)礦井，危害十分嚴(yán)重。做好礦井防治水工作，是保證礦井安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一。

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)開采研究院安全與生態(tài)環(huán)境研究分院（簡(jiǎn)稱“安環(huán)分院”）副院長(zhǎng)樊振麗長(zhǎng)期扎根于煤炭科研的一線，致力于煤礦水害防治、近水體采煤理論及巖層控制技術(shù)等方面的研究及應(yīng)用工作，秉持“勇于突破、實(shí)干巧干、追求卓越”的工作理念，他已成長(zhǎng)為對(duì)行業(yè)科技進(jìn)步有突出貢獻(xiàn)的青年科學(xué)家。從全流程控水角度發(fā)展實(shí)踐近水體采煤理論技術(shù)，將采動(dòng)響應(yīng)理論與水害防治技術(shù)有機(jī)結(jié)合，深入煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、驗(yàn)證科研成果，在承壓水體上采煤、厚煤層覆巖破壞規(guī)律、礦井突水水源定量化判別、頂板控水采煤技術(shù)研究等方面取得了諸多創(chuàng)新性成果，并成功應(yīng)用于峰峰、兩淮、平朔、烏海、義馬、鄂榆等礦區(qū)30余座礦井，解決了大量現(xiàn)場(chǎng)難題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

新時(shí)代、新形勢(shì)，面對(duì)煤炭行業(yè)新發(fā)展要求，為更好地服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略，在做好原有研究的基礎(chǔ)上，圍繞綠色、低碳發(fā)展方向，樊振麗及所在團(tuán)隊(duì)的事業(yè)也邁入新征程。追求卓越、持續(xù)奮斗，以現(xiàn)場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以技術(shù)為引領(lǐng)，他將持續(xù)推動(dòng)綠色開采、生態(tài)保護(hù)理論與技術(shù)發(fā)展，為煤炭工業(yè)的高質(zhì)量綠色發(fā)展繼續(xù)貢獻(xiàn)力量。

科研要貼近實(shí)際

奮斗在煤炭科研道路上，樊振麗曾獲得16項(xiàng)中國(guó)煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)及3項(xiàng)中國(guó)煤炭科工集團(tuán)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，2023年獲得中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤炭青年科技獎(jiǎng)是業(yè)內(nèi)對(duì)他所做工作的再度認(rèn)可。對(duì)于獲獎(jiǎng)，他都以平常心對(duì)待。從2013年博士畢業(yè)來到安環(huán)分院工作，從一名新入職的員工到獲得同行的認(rèn)可，他認(rèn)為一路走來重在積累，但心中十分感激業(yè)界對(duì)自己所做工作的肯定。

與許多人陰差陽(yáng)錯(cuò)被動(dòng)接受不同，投身煤炭行業(yè)是樊振麗主動(dòng)選擇的結(jié)果，甚至還帶著某種向往。在河南新密長(zhǎng)大，他的童年記憶中煤礦似乎在家鄉(xiāng)隨處可見，而他的父親就是一座煤礦的礦長(zhǎng)。受環(huán)境浸染，尤其是受父親影響，他曾一度有個(gè)“礦長(zhǎng)夢(mèng)”。

懷揣樸素夢(mèng)想，高考第一志愿樊振麗報(bào)考了我國(guó)煤炭行業(yè)最高學(xué)府中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），并如愿進(jìn)入這一學(xué)校地質(zhì)系學(xué)習(xí)地質(zhì)工程專業(yè)。經(jīng)過幾年學(xué)習(xí)，他對(duì)所學(xué)專業(yè)產(chǎn)生了濃厚興趣，專業(yè)課成績(jī)?cè)诎嗬锩星懊?/p>

地質(zhì)保障工作是煤礦開采的基礎(chǔ)。礦井災(zāi)害的防治更要以翔實(shí)的地質(zhì)資料為依據(jù)和指導(dǎo)。根據(jù)自己所學(xué)和興趣，臨近大學(xué)畢業(yè)，樊振麗選擇報(bào)考著名礦床水文地質(zhì)學(xué)家武強(qiáng)教授的研究生并被順利錄取。武強(qiáng)是中國(guó)礦山水防治領(lǐng)域?qū)W科帶頭人之一，在礦井水防治與利用理論和技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域作出了重要貢獻(xiàn)，2015年他當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。跟隨武老師求學(xué)，樊振麗步入科研的大門，也在碩士階段把水防治理論基礎(chǔ)打得很扎實(shí)。“武老師承擔(dān)的項(xiàng)目多，這給了我鍛煉的機(jī)會(huì)，通過攻關(guān)我系統(tǒng)地完善了煤礦水害防治的相關(guān)知識(shí)，這對(duì)于我在科研上的成長(zhǎng)是最關(guān)鍵的一個(gè)階段。”樊振麗說。

做項(xiàng)目培養(yǎng)了樊振麗對(duì)科研的感覺，雖然當(dāng)時(shí)的碩士畢業(yè)生在就業(yè)市場(chǎng)很搶手，但他想繼續(xù)深造，并想嘗試新的專業(yè)。他認(rèn)為，學(xué)科交叉對(duì)科研總有好處。入讀博士那年，恰逢國(guó)內(nèi)高校與科研院所聯(lián)合進(jìn)行博士培養(yǎng)的第一年。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）和煤炭科學(xué)研究總院聯(lián)合培養(yǎng)博士，樊振麗就是其中一位學(xué)生。導(dǎo)師申寶宏研究員是開采研究院近水體采煤研究的領(lǐng)軍人物，跟隨申老師到煤炭科學(xué)研究總院開采研究院，樊振麗開啟了博士階段的學(xué)習(xí)，所學(xué)專業(yè)也從地質(zhì)工程轉(zhuǎn)向采礦工程，這也是他從事地質(zhì)學(xué)原理與采動(dòng)響應(yīng)理論交叉融合的開始。

博士期間樊振麗主攻頂板水相關(guān)研究，研究厚煤層開采后頂板如何破裂、裂隙如何演化。“原來主要針對(duì)東部礦區(qū)做研究，采高只有兩三米，到了西部裝備水平提升了，一次采高達(dá)到了七八米，有的甚至達(dá)到了10米，這樣頂板的破壞規(guī)律就和之前完全不一樣了。”樊振麗介紹。在此背景下，他將博士論文定為厚煤層開采覆巖破壞特征研究及水體下的安全開采研究，在陜北、內(nèi)蒙古等地的礦區(qū)完成課題研究的同時(shí)，他也參與了其他課題的研究。

2010年到2013年，3年博士求學(xué)，除第一學(xué)期在礦大上基礎(chǔ)課，其余時(shí)間，樊振麗基本都在煤礦一線，這樣的學(xué)習(xí)模式讓他有機(jī)會(huì)將學(xué)校所學(xué)拿到現(xiàn)場(chǎng)去驗(yàn)證。“在開采研究院學(xué)習(xí)的主要特點(diǎn)就是和現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合很緊，鉆探、物探、注漿這些手段都會(huì)用到，做的科研更‘硬’。在學(xué)校時(shí)，雖然我們也會(huì)做實(shí)驗(yàn)，但大多是將地質(zhì)隊(duì)的資料收集來，用所學(xué)理論對(duì)資料進(jìn)行分析，最后形成研究報(bào)告。到研究院后，我們要親自獲取數(shù)據(jù)并接受現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，科研更貼近實(shí)際，更能解決實(shí)際問題。”樊振麗說。

不管做什么樣的科研，都要把實(shí)際問題解決好，在博士求學(xué)過程中，樊振麗對(duì)科研的認(rèn)知發(fā)生了轉(zhuǎn)變。所以博士畢業(yè)，面臨諸多就業(yè)選擇時(shí)，他毫不猶豫地留在了開采研究院。因?yàn)樗矚g開采研究院的科研氛圍和工作平臺(tái)；更喜歡深入礦山一線，鉆機(jī)隆隆的轟鳴聲，令他踏實(shí)，也帶給他力量。用所學(xué)解決采礦實(shí)際問題，樊振麗堅(jiān)定了自己未來的方向。

一輩子做好一件事

茂密的森林、遼闊的草原、干旱的沙漠……開采研究院不斷承接新項(xiàng)目，隨著項(xiàng)目的結(jié)束、開始，以樊振麗為代表的這幫年輕人也不斷跟著項(xiàng)目組轉(zhuǎn)場(chǎng)，去到新的地方。在長(zhǎng)白山上扎帳篷露營(yíng)，帳篷外常有蛇出沒；在沙漠里作業(yè)，大風(fēng)卷起沙子，吹得鼻子、嘴里都是……但他們不覺得艱苦，反而把這當(dāng)成了旅行，覺得一切都是那么新奇。

海下能采礦嗎？大江大河下能采嗎？這些疑問需要樊振麗他們拿到一手?jǐn)?shù)據(jù)，所以必須到采礦一線去，于是出差成了家常便飯。開始的新鮮勁頭到現(xiàn)在已經(jīng)養(yǎng)成了習(xí)慣，樊振麗算了算，2022年他在外出差有260多天。

在一次次轉(zhuǎn)場(chǎng)中、一項(xiàng)項(xiàng)課題攻關(guān)中，一個(gè)個(gè)問題解決中，樊振麗也由毫無積累的科研新手進(jìn)階為能解決煤礦水害防治問題的行家里手。

讀博士期間，樊振麗對(duì)淮北、淮南、兗州、東北、蒙陜等礦區(qū)厚煤層開采“兩帶”實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，研究得出了厚煤層開采覆巖破壞特征及規(guī)律，提出了厚及特厚煤層覆巖破壞的回歸公式，為缺少實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的煤礦水體下采煤提供了新的途徑。

入職開采研究院后的2014—2016年間，樊振麗承擔(dān)了陜西黑龍溝煤礦3-1煤層開采采空區(qū)疏放水項(xiàng)目。3-1號(hào)煤層首采工作面開采需要對(duì)頂板2-2號(hào)煤層采空區(qū)積水進(jìn)行疏放，兩層煤平均間距33米，導(dǎo)水裂縫帶直接導(dǎo)通2-2煤采空區(qū)。工作面切眼位置物探探測(cè)受支架影響較大，在前期鉆孔出水量較小的情況下，樊振麗堅(jiān)持對(duì)物探異常區(qū)展開更大范圍的驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了3-1煤層首采工作面切眼上方采空區(qū)大面積積水的情況，疏放水量達(dá)16萬立方米，避免了一次采空區(qū)突水事故。

承壓動(dòng)水?dāng)鄬訉?dǎo)水、突水具有較大的危險(xiǎn)性。在承壓動(dòng)水?dāng)鄬油凰畽C(jī)理與巷道突水區(qū)截圍探注支一體化治理技術(shù)研究項(xiàng)目中，針對(duì)內(nèi)蒙古烏海市某礦巷道掘進(jìn)過程中鉆遇斷層帶，需要對(duì)承壓動(dòng)水?dāng)鄬油凰畽C(jī)理進(jìn)行研究并進(jìn)行有效的治理的問題，樊振麗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了“截-圍-探-注-支”一體化的治理技術(shù)，最終突水點(diǎn)涌水量減小了95%，斷層影響的突水區(qū)巷道通過加強(qiáng)支護(hù)的方式順利穿過斷層破碎區(qū)段。

“我國(guó)煤礦向深部開采，煤層與底板巖溶承壓含水層間距越來越小，薄隔水層區(qū)段為底板突水的‘完整型弱面區(qū)’，當(dāng)煤層底板賦存斷層、陷落柱時(shí)，也極易造成突水事故，這一類型被稱為‘構(gòu)造型弱面區(qū)’。”樊振麗介紹。2016—2021年間，樊振麗開展了超薄煤層底板周期遞進(jìn)式破裂特征與承壓水弱面突破機(jī)理研究，成果在具體采礦實(shí)踐中發(fā)揮了作用。山西晉中某礦六采區(qū)首采面10號(hào)煤層距離底板奧陶系灰?guī)r平均間距25米，最小間距17米，底板采動(dòng)破壞帶極易導(dǎo)通底板奧陶系灰?guī)r含水層進(jìn)而發(fā)生突水事故。樊振麗采用“立體探查-弱面圈定-精準(zhǔn)評(píng)價(jià)-弱面增厚”技術(shù)手段，對(duì)工作面開采范圍內(nèi)的弱面進(jìn)行了確認(rèn)，制訂了針對(duì)性的注漿治理方案，通過對(duì)突水弱面的注漿增厚、封堵、加固處理后，工作面實(shí)現(xiàn)了安全回采。通過研究團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)性研究，2022年由科學(xué)出版社出版了《承壓水弱面突破與控水采煤》專著。

對(duì)承壓水體上采煤而言，導(dǎo)水通道的封堵和煤層底板隔水層厚度的注漿增厚是水害防治的關(guān)鍵，繼續(xù)對(duì)底板水害的地面區(qū)域治理技術(shù)與工程應(yīng)用開展研究，樊振麗采用地面定向鉆孔的區(qū)域治理技術(shù)很好地解決了這個(gè)問題，通過對(duì)技術(shù)的吸收和再創(chuàng)新，他在烏海、義馬等礦區(qū)成功開展工程實(shí)踐。

參加工作10年，樊振麗愈發(fā)感覺到隨著開采走向深部，遇到的情況也越來越復(fù)雜，之前局部治理的思路和方法已無法應(yīng)對(duì)當(dāng)今煤礦開采遇到的新問題。《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水細(xì)則》已經(jīng)提出體系化治理水害的要求，在此背景下，樊振麗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)，遵循采礦流程，抓住薄弱點(diǎn)，考慮礦區(qū)整體情況，構(gòu)建了“立體探查-透明地質(zhì)-弱面圈定-精準(zhǔn)評(píng)價(jià)-避害設(shè)計(jì)-弱面增厚-動(dòng)壓控制-智能監(jiān)測(cè)”的科學(xué)采礦體系。通過井上下聯(lián)合立體化探查，采前、采中、采后的全流程監(jiān)測(cè)，全方位保障采礦人員、單位的生命財(cái)產(chǎn)安全，為安全構(gòu)筑最堅(jiān)實(shí)的防線。

展望未來，通過機(jī)理創(chuàng)新、治理工藝的優(yōu)化、治理裝備的革新，樊振麗希望探索出一條行之有效的水害根治之路。“我始終認(rèn)為，每個(gè)人都有自己要做的事情，堅(jiān)持一輩子，總能把它做好。”

加快綠色轉(zhuǎn)型步伐

“勇于奉獻(xiàn)，深入現(xiàn)場(chǎng)，求真務(wù)實(shí)”作為安環(huán)分院這個(gè)團(tuán)隊(duì)的精神內(nèi)核被一代一代傳承。老前輩們的寶貴精神財(cái)富激勵(lì)著大家在創(chuàng)新的路上接續(xù)奮斗。

人心齊，泰山移。團(tuán)隊(duì)成員團(tuán)結(jié)互助，領(lǐng)導(dǎo)層身體力行帶頭干，團(tuán)隊(duì)朝氣蓬勃跨過了一個(gè)個(gè)難關(guān)。“青春、活力、有干勁、有闖勁，是我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)的特點(diǎn)。”樊振麗自豪地說。

樊振麗介紹，安環(huán)分院前身是特殊采煤研究所，專注于“三下”開采（即建筑物下、水體下、鐵路下），研究院已取得了一系列輝煌成就。作為我國(guó)開采工作面災(zāi)害防治的頭部團(tuán)隊(duì)之一，以國(guó)家能源安全新戰(zhàn)略的重大需求為導(dǎo)向，面對(duì)煤礦綠色安全發(fā)展的新要求，團(tuán)隊(duì)近年來逐步走上轉(zhuǎn)型之路。

圍繞安全與綠色兩個(gè)方向發(fā)力，團(tuán)隊(duì)在完善部署上下足了功夫。

目前團(tuán)隊(duì)有30余名核心成員，專業(yè)覆蓋采礦、地質(zhì)、測(cè)量、地球物理、遙感、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)等諸多方向，業(yè)務(wù)模式從以前的技術(shù)咨詢?yōu)橹飨蚣夹g(shù)工程化轉(zhuǎn)變，團(tuán)隊(duì)年產(chǎn)值從2018年以前的五千萬元增長(zhǎng)到2023年的兩億元。

“實(shí)踐證明換個(gè)思路發(fā)展得更快，但同時(shí)我們也面臨著一些挑戰(zhàn)。”樊振麗坦言，“人才是最重要的資源，年輕人的成長(zhǎng)需要時(shí)間，如何讓新鮮血液快速成長(zhǎng)為業(yè)務(wù)骨干，是我們面對(duì)的一個(gè)大課題。除此，如何保持持續(xù)創(chuàng)新，而且把持續(xù)創(chuàng)新與我們的業(yè)務(wù)融合起來，這也是非常大的挑戰(zhàn)。”

“博學(xué)之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之。”治學(xué)之理，古今通用。對(duì)于年輕人如何成長(zhǎng)，樊振麗想將《禮記·中庸》中的這句話與他們分享。對(duì)于創(chuàng)新，樊振麗認(rèn)為有平臺(tái)、環(huán)境加持只要去做就會(huì)有收獲。

以“雙碳”目標(biāo)為導(dǎo)向，以低損害開采為核心，安環(huán)分院團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)率先提出了“粉煤灰固碳+防滅火”綜合利用新方法，初步開發(fā)了粉煤灰固碳及充填利用技術(shù)與裝備，2022年在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了中試和工業(yè)性示范，有望助力煤電聯(lián)營(yíng)企業(yè)在碳減排和構(gòu)建循環(huán)發(fā)展新模式方面邁出實(shí)質(zhì)性一步。樊振麗認(rèn)為這是團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、矢志創(chuàng)新走出的重要一步。

綠色已逐漸成為煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的底色和使命。步履不停，躬耕不輟，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難，緊抓“雙碳”機(jī)遇加快綠色轉(zhuǎn)型步伐，樊振麗期待著一幅幅和諧雋美的煤礦生態(tài)文明畫卷在他們腳下徐徐展開。